摘要：GEO-SLOPE是边坡工程中广泛应用的一种稳定性分析软件，提供了基于极限平衡法的多种边坡稳定计算方法，本文在前人研究的基础上，分析互层土形成的独特性，其土层类别、层厚比等特征是影响互层土边坡稳定性的重要因素，选用互层土的水平层理构造，利用GEO-SLOPE软件中的SLOPE/W模块功能，对互层土边坡中的淤泥质与粉砂互层、粉砂与淤泥质土互层按不同层厚比进行稳定性计算和分析，分别计算各工况下其安全系数，结果为今后互层土边坡研究提供可借鉴的方法。

关键词：互层土；层厚比；边坡；安全系数

互层土在海水的涨落潮和河水的涨退潮反复交替影响，静水与动水的环境下滨海相、河滩相多层土交叠沉积形成的。静水环境下沉积土层为流水中的悬移质，如淤泥、粘土等；动水环境下沉积土层为流水推移质，如粉砂、细砂等。因水环境交替变化形成的粗、细相间的交错沉积层理，具有水平层理、斜交层理、波状层理、楔形层理等构造特征[1]。

《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001，2009版）规定土层按颗粒级配和塑性指数定名外，对同一土层中相间呈韵律沉积，当薄层与厚层的厚度比大于 1/3时，宜定为“互层”。本文研究的互层土就是两层不同类别的土层相间呈韵律沉积，且有规律出现[2]。

随着经济建设的快速发展，国内外工程技术人员对互层土作了大量的研究工作，孟令福对营口地区的淤泥质粘土与粉砂互层土进行物理、力学性质试验，并对直剪快剪试验、三轴剪切试验 UU、十字板剪切试验和无侧限抗压强度试验的结果进行对比分析；范建好通过差平比、厚度比确定互层土的承载力特征值；薛翔等对砂和淤泥互层土地基的基坑进行变形监测，分析得出砂与淤泥互层地基的基坑边坡变形特征，并拟合出相应的变形经验公式，对今后类似工程具有一定指导意义[3-5]。

互层土边坡作为一类常见的边坡形式，在地质结构构造、破坏特征等方面不仅具有独特性，其稳定性影响因素与一般的边坡具有很大差异性，影响该类型边坡稳定性的因素较多，如互层土的土层类别、单层厚度、层厚比、层理构造、土层倾角、水文地质特征等。本文利用 GEO-SLOPE软件中SLOPE/W模块功能对互层土边坡进行稳定性分析，计算其安全系数。

GEO-SLOPE软件是用于处理岩土工程问题的计算分析软件，包括 SLOPE/W、SEEP/W、SIGMA/W、QUAKE/W、CTRAN/W、TEMP/W、AIR/W、VADOSE/W八个模块。其中SLOPE是基于极限平衡原理、静力及动力有限元计算分析结果，进行边坡稳定性分析；SEEP/W基于考虑体积含水率变化及有源的连续方程，进行非稳定流和渗流分析；SIGMA/W 基于静力平衡方程，考虑材料的线弹性、各向异性弹性、非线性、弹塑性力学特性应用线弹性模型、非线性模型、软化模型、理想弹塑性剑桥模型，可进行平面问题、轴对称问题的应力应变分析；QUAKE/W基于动力平衡方程，考虑材料的粘弹性及孔压反应，进行地震动力分析；CTRAN/W基于污染物在饱和与非饱和土中迁移的基本方程，考虑水动力弥散，进行污染物传输运移分析；TEMP/W 用于地基土温度场变化分析；AIR/W 用于多孔介质地下水-空气相互作用分析；VADOSE/W用于渗流区和土覆盖层分析，可以精确的模拟气候作用下饱和/非饱和土体水分迁移过程。

极限平衡原理是假定土体沿某一潜在滑动面发生刚性滑动或转动，将边坡土体沿某一滑动面切成若干竖条或斜条，对各土条进行受力分析，并建立整个滑动土体的力或力矩平衡方程，从而得到边坡稳定安全系数，目前常见的方法有瑞典条分发、Bishop法、Spencer法、Morgenstern-price法等。

为研究互层土边坡稳定性，本文拟建立高2m、坡度为1：1的土水平层理边坡，并按层厚比为1：1、2：1、3：1共分3种，并对其进行简化，分别建立数值模型，模型如图1所示。

边坡土层类别分为淤泥质土与粉砂互层、粉砂与淤泥质土互层两种，即淤泥质土与粉砂互层（层厚比为 1：1、2：1、3：1）、粉砂与淤泥质土互层（层厚比为2：1、3：1）共5种工况进行对比分析互层土边坡稳定性。

计算所需构成互层土单层土类别的淤泥质土与粉砂均采用莫尔-库仑模型，物理力学参数如表1所示。

图1 互层土边坡模型

表1 互层土数值试验物理力学参数

材料类型 密度/(kg·m-3) 内摩擦角/(º) 粘聚力/kPa淤泥质土 17100.15.5粉砂 192030.50

GEO-SLOPE可以计算出边坡各潜在滑动面的稳定安全系数，本文为研究构成互层土的土层类别与层厚比对边坡稳定性的影响，假定滑动面在坡顶处为距离坡面0.7m，滑出面为坡脚处，各层厚比的滑动面如图2所示，按Bishop法计算的各工况滑动面上安全系数如表2。

图2 不同层厚比滑动面示意

表2 各工况边坡的安全系数

层厚比 安全系数1：11.1472：11.001粉砂与淤泥质土互层 3：10.9772：11.059淤泥质土与粉砂互层 3：11.108

由表2可见，同一滑动面，层厚比为1：1时，安全系数为 1.147，相对其他工况安全系数最大，说明粉砂层与淤泥质土层能很好的“咬合”，淤泥质土能为粉砂变形提供粘聚力，粉砂能为淤泥质土变形提供摩擦角。

当层厚比不同时，淤泥质土层相同时，粉砂层越厚，安全系数越小；粉砂层相同时，淤泥质土层越厚，安全系数越大。

当层厚比相同时，粉砂与淤泥质土互层地层的安全系数比淤泥质土与粉砂互层地层小。

本文基于GEO-SLOPE进行互层土边坡的稳定性研究。结果表明：

1）互层土边坡层厚比为 1：1时，安全系数最大。

2）层厚比不同时，淤泥质土层相同时，粉砂层越厚，安全系数越小；粉砂层相同时，淤泥质土层越厚，安全系数越大。

3）层厚比相同时，粉砂与淤泥质土互层地层的安全系数比淤泥质土与粉砂互层地层小。

本文采用的水平层理互层土边坡，尚处于初步研究阶段，互层土边坡的其他层理构造稳定性、边坡变形破坏模式等，有待于做进一步的探讨和研究。

参考文献：

[1] 曹圣华.滨海相互层土工程特性初步研究[J].地质学刊,2010,34(1).

[2] 祝龙根.岩土工程勘察规范[S].中国建筑工业出版社,2009.

[3] 孟令福,王东芳.淤泥质粘土与粉砂互层土抗剪强度试验研究[J].港工技术,2009,46(4)：51-52.

[4] 范建好.互层土地基承载力特征值的确定[J].工程勘察,2008,(S1).

[5] 薛翔,卫宏.砂与淤泥质互层地基中基坑边坡变形特征[J].海南大学学报：自然科学版,2014,32(2).

Research on Stability of Inter-bedded Soil Slope by Using GEO-SLOPE

Zhang Hongming,Liu Hui,Kuai Zhiyao
(CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China)

Abstract:GEO-SLOPE is a kind of stability analysis software which is widely used in slope engineering,and includes a variety of slope stability calculation algorithms based on the limit equilibrium method.By referring to the existing research data,the unique formation of inter-bedded soil is analyzed,such important factors as the types and thickness ratio of layers influence the stability of inter-bedded soil slope.Based on the horizontal bedding structure of inter-bedded soil,SLOPE/W module of GEO-SLOPE software is used to analyze the stability of mud soil- silt sand interbed of side slope according to different thickness ratios of layers,calculate the safety factors under different working conditions respectively.The calculation results can serve as a reference in the study of inter-bedded soil slope.

Key words:inter-bedded soil; thickness ratio of layers; side slope; safety factors

中图分类号：U213.1+3